Ядерная и углеводородная энергетики

Цитата: dotsent от 10.01.2019 00:45:21У меня встречный вопрос:

Я спецом начал с танка и сапога, т.к. жердок мой низкий, а многое принимается как данность.
Но видно какие люди устраиваться приходят (и как работающие сейчас вкалывают n^2..n^3 по отношению к  2014 году). Хотя вероятно при зэпэ *2..*3 картинка мбб другой.
 Что в КБ думают - сказать не могу, т.к. почти не общаюсь по своему горизонту. А про "приказы высокопоставленных генералов" у подчиненных "солдат" обычно свое,особое, неозвучиваемое и непечатное, мнение. В общем, "окопна правда".
 Переезд же "всего цикла" в рамках тогдашних особенностей - "равен двум пожарам". Так как иллюзий "как оно было бы реализовано" - нет.

Цитата: DimonT от 11.01.2019 01:59:51Ну ТАГ - это то,что _хороший_ вариант. Многие говорили что ППК с нуля зря строили, надо было там площадку развивать.

Расшифруйте, пожалуйста аббревиатуры ТАГ и ППК.
Большинство собеседников в "Силовых машинах" и ЛМЗ не работает, поэтому трудно понять, о чём Вы пишите.

Цитата: Внимательный от 10.01.2019 17:21:51Американские ученые выяснили, что изотоп циркония с атомной массой 88 обладает удивительно высокой эффективностью захвата нейтронов. Она в тысячи раз превышает рассчитанное значение, благодаря чему этот изотоп потенциально может использоваться для контроля протекания ядерных реакций. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Ядерные реакторы работают за счет поддержания цепной реакции распада радиоактивных атомов. При каждом распаде образуется несколько нейтронов высокой энергии, которые необходимо замедлить, после чего они могут продолжить цепную реакцию. Если темп реакции становится слишком высоким, то в активную зону реакторов вводятся вещества-поглотители, замедляющие ее протекание за счет поглощения нейтронов.

Разные ядра и изотопы значительно отличаются друг от друга по поглощательной способности. В новой работе физиков под руководством Дженнифер Шустерман из Городского университета Нью-Йорка (США) описываются результаты экспериментов с радиоактивным цирконием-88. Основным природным изотопом данного элемента является цирконий-90, в ядре которого находится 50 нейтронов. Если же уменьшить массу этого атома на две единицы, он обретет удивительные свойства. Так, ученые показали, что эффективность захвата нейтронов циркония-88 оказалась примерно в 850 тысяч раз больше, чем предсказывает теория.
Цирконий-88 стал самым эффективным поглотителем нейтронов, найденным за последние 70 лет. Лишь одно ядро, ксенон-135, превосходит его по поглощательной способности. Благодаря таким свойствам этот изотоп может найти применение в ядерной энергетике, но об этом говорить пока рано. В любом случае эта ситуация интересна как минимум с точки зрения теории, так как ученые пока не могут объяснить, почему этот параметр настолько отличается у разных атомов.
https://indicator.ru…yandex.com

Баланс между числом нейтронов и протонов в ядрах — хитрая штука. Стабильных изотопов циркония четыре с массовыми числами 90 , 91 , 92 и 94. Во всех сидит 40 протонов. 

Четно-четные ядра стабильнее, чем четно-нечетные, по каковой причине цирконий-93  живет миллион лет и испытывает бета минус распад: в нем нейтронов многовато и один при бета-распаде превращается а протон и из циркония получается ниобий. В цирконии-89 уже нехватка нейтронов и один протон бета-плюс распадом превращется в нейтрон с испусканием позитрона за 4 минуты. Цирконий-88 тоже превращается в иттрий, но уже за счет захвата атомного электрона с временем около 3 месяцев — испускание позитрона и поглощение электрона эквивалентны, античастица это как бы идущая вспять по времени частица и наоборот.

Это открытие не столь драматическое, как им торгуют авторы. Да, бывают ядра с неожиданными резонансами с энергией возбуждения в электронвольты и даже доли электронвольта. Теория ядра не в состоянии положение таких резонансов вычислять.  

Но это открытие иллюстрирует главную головную боль реакторщиков.  Все слышали/читали про ксеноновое отравление, оно же йодная яма — это все о хорошо изученном случае поглощения нейтронов нестабильными осколками деления ядра урана.  Но в топливе живут и жрут нейтроны ядра, выделить которые и измерить сечения поглощения нейтронов которыми просто абсолютно невозможно. 

В случае ксенона, рекордсмена среди пожирателей нейтронов, тоже теория не была  в состоянии предсказать сечение поглощения. Эмпирическое  правило простое: есть табличное значение радиуса ядра и есть  Пи R-квадрат, что для циркония порядка 60 барн. Все, что заметно, в десятки-сотни-тысячи раз превышает это сечение, говорит однозначно, что есть резонансный уровень. Положение его можно измерить экспериментально. Теория способна связать сечение поглощения с энергией возбуждения резонанса, а положение резонанса вычислить от печки не может.

Именно поэтому во всем мире уже 70 лет с гаком работают т.н. подкритические сборки и до сих пор вымеряют разные параметры, которые нужны для расчета реакторов. Эти расчеты врут и будут врать всегда, границы ошибок постепенно сужают, и процесс запуска любого нового реактора состоит в изучении его индивидуального отклика на разные режимы работы в стадии т.н. физического пуска.  И песня эта будет вечной. Удивляться же с благоговением следует тому, что несмотря на эти проблемы нейтроника таки достаточно точная инженерная наука.

В случае циркония-88 просто удалось его наработать в реакторе в специальной мишени и за три месяца его жизни измерить сечение поглощения нейтронов. В этой короткой фразе нет ничего о трудностях работы с радиоактивными мишенями и выделения поглощения именно цирконием-88... — экспериментаторы с этим справились.

Вдогонку:  

В том, что я написал выше впопыхах утром, есть один ляп, я его выделил коричневым цветом. Все по-Лескову: "написано пуговица, читай богородица". Облучают именно специальную мишень, но на циклотроне.  См. комментарий по поводу на Атоминфо.ру, и сравните также выделенное выше фиолетовым у меня и у Рычина на Атоминфо

ЦитатаЦирконий-88 - второй после ксенона

ВЛАДИМИР РЫЧИН, ATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 10.01.2019

В целом ряде СМИ появились новости о том, что цирконий оказался "исключительным поглотителем нейтронов".
Означает ли это, что от выбора циркония в качестве материала для оболочек твэлов необходимо срочно отказаться? Конечно же нет!
Цирконий-88
Поводом для новостей стала опубликованная 7 января 2019 года в журнале "Nature" статья, посвящённая результатам измерений сечения захвата в тепловой точке для изотопа цирконий-88. Полный текст статьи доступен только по платной подписке.
Статью для журнала написал коллектив авторов из национальной лаборатории "Лоуренс Ливермор" и американских университетов. Первый автор - Дженнифер Шустерман, одновременно имеющая отношение и к нацлаборатории, и к университету Нью-Йорка.
Цирконий-88 - что это за изотоп? Обратимся к заключению, подготовленному в ГНЦ РФ - ФЭИ. Автор заключения - Марк Николаевич Николаев, текст заключения доступен на сайте ФЭИ.
Изотоп цирконий-88 радиоактивен, его период полураспада составляет 83,4 дня. Распадается путём захвата орбитального электрона в иттрий-88, который, в свою очередь, с периодом 106,6 дней распадается в стабильный стронций-88.
Очевидно, что в природном цирконии изотоп с атомной массой 88 отсутствует. В реакторе для его образования Марк Николаев видит всего два пути, и оба более чем экзотические - либо реакция (n,3n) на изотопе ⁹⁰Zr, либо две подряд реакции (n,2n) - ⁹⁰Zr(n,2n)⁸⁹Zr(n,2n)⁸⁸Zr.
Легко убедиться, что в ядерных реакторах производство циркония-88 будет крайне мало - особенно если вспомнить, что реакция (n,2n) пороговая. В быстрых реакторах шанс увидеть ⁸⁸Zr может быть выше, чем в тепловых, но так как американская работа касается только тепловой точки, то и нам останавливаться на быстром спектре нет смысла.

Ради интереса можно добавить, что в Окриджской национальной лаборатории, где по спецзаказам можно приобретать небольшие активности ⁸⁸Zr на уровне милликюри, о реакторном пути наработки даже не думают. Там цирконий-88 получают путём скалывания протонами молибденовых мишеней.

Новые сечения

В виду практического отсутствия в реакторах нейтронными данными для циркония-88 до сих пор интересовались мало.
В заключении М.Н.Николаева, в частности, говорится: "Полные наборы оценённых нейтронных данных для этого изотопа отсутствуют... Оценка выполнена на основе теоретических расчётов и полуэмпирических систематик. Экспериментальные данные отсутствуют".
До появления статьи американских исследователей считалось, что сечения захвата на ⁸⁸Zr в тепловой области малы.
Так, в заключении М.Н.Николаева приводится значение сечения захвата в тепловой точке, взятое из европейского файла активационных данных EAF-2003 и равное 8,44 барн.
Конечно, год от года библиотеки нейтронных данных обновляются и уточняются. Но конкретно по цирконию-88 каких-то серьёзных подвижек не было. Например, американские авторы ссылаются на работу 2012 года, в которой значение интересующего нас сечения принималось равным 10 барн.
Что же сделал коллектив американских авторов? Для них в университете Алабамы на циклотроне была изготовлена мишень из циркония-88. Эту мишень облучили на исследовательском реакторе MURR в университете Миссури, что позволило получить первые экспериментальные данные по сечениям захвата ⁸⁸Zr. Вся работа проводилась по контракту с нацлабораторией "Лоуренс Ливермор".
Результаты измерения сечений авторы охарактеризовали как "неожиданные", потому что сечение захвата в тепловой точке оказалось просто огромным, а именно 861000±69000 барн на одной сигме. Иными словами, сечение оказалось почти в сто тысяч раз больше ожидаемого.
Возможно второй в мире
Если результаты американских измерений получат признание, то изотоп цирконий-88 займёт второе место в списке наиболее сильных поглотителей в тепловой области, уступив только ксенону-135.
Нужно ли из-за этого волноваться нейтронщикам? Нет, потому что концентарии ⁸⁸Zr в активной зоне работающего реактора очень малы (см. экзотические пути его получения в реакторе).
Кстати говоря, а что получится в результате реакции захвата нейтрона на цирконии-88? Образуется изотоп цирконий-89, который также быстро распадается. Его период полураспада 78,4 часа, дочернее ядро - стабильный иттрий-89.
Можно задаться и таким вопросом, почему вдруг в Ливерморской нацлаборатории заинтересовались сечениями циркония-88.
Дело в том, что малоизученные реакции на изотопах циркония уже давно привлекают её внимание, но не с точки зрения атомной энергетики, а с точки зрения детектирования нейтронных потоков в интересах безопасности. Достаточно напомнить, что про эту тему периодически вспоминают в таком американском управлении как NNSA.
А там, действительно, ещё измерять и измерять. На схемах ниже, взятых из одной из презентаций NNSA по национальному комплексу лазерных термоядерных реакций (NIF) от 2007 года, можно видеть, какими сечениями интересовались американские атомщики и какие из них были на тот момент измерены (вторая схема).
Заметим, что захватом на цирконии-88 в своих рассуждениях авторы презентации пренебрегали. Теперь им, возможно, придётся принимать во внимание ешё и эту реакцию.

Интересующие сечения на изотопах циркония.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Cечения, для которых имелись экспериментальные данные на 2007 год.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

И последнее, что хотелось бы сказать в связи с работой Шустерман и её коллег. Если результаты их измерений подтвердятся, то они должны привлечь внимание физиков-теоретиков. В конце концов, пора уже разобраться с природой резонансов в нейтронных сечениях.

Но главное даже не это. Американский эксперимент лишний раз напоминает нам - говорить о том, что в нейтронике и нейтронных данных всё сделано и известно, рано. Работы по этому важнейшему направлению атомной отрасли по-прежнему непочатый край.

Ленинградская АЭС – самая мощная атомная станция России


Кобальт-60 на Курской АЭС
 
Тяньвань-4 в коммерческой эксплуатации

Первый бетон на АЭС Hinkley Point C
 
Энергетическая программа Франции
 
Бразилия – за ядерную энергетику
 
Материал подготовила И.В. Гагаринская

Че-то статья какая-то совсем не трендовая http://www.proatom.r…e&sid=8364
С графиками и цифрами, как положено. Оспаривается тезис о необходимости развития ЗЯТЦ.

Цитатапроблема исчерпания запасов ядерного сырья (природного урана и тория) не только в России, но и в Мире в целом для производства ядерного топлива АЭС, даже при максимальном росте электропроизводства на них, НЕАКТУАЛЬНА в 21 веке и является НАДУМАНОЙ И СПЕКУЛЯТИВНОЙ.

Цитата: jamaze1 от 17.01.2019 20:04:06Че-то статья какая-то совсем не трендовая http://www.proatom.r…e&sid=8364
С графиками и цифрами, как положено. Оспаривается тезис о необходимости развития ЗЯТЦ.

Нигматулин он такой. Критикует всё, что не из под его пера вышло.

По поводу его статьи AtomInfo написал - Ссылка :

ЦитатаЭто не про энергетику России, а про стратегию развития атомной энергетики России.
Причём имеем дело с прослушиванием Шаляпина в перепеве Рабиновича, а также с "не читал, но осуждаю".
Стратегия принята, но ещё отсутствует в открытом доступе.
И начнём с того, что она до 2050 года, а не до 2100. Период 2050-2100 гг. рассматривается в ней лишь с точки зрения перспективы. И в ней заложен механизм уточнения, первое - в 2022 году.

Правильнее было бы так. Сначала документ будет опубликован Росатомом (пусть даже без вспомогательных материалов), а только потом можно бурно радоваться, негодовать и т.д. и т.п.

Другой взгляд на Стратегию от Е. Адамова 

А ЗЯТЦ развивать нужно уже сейчас, по мере возможностей, чем собственно у нас и занимаются. 

Под «ядерной батарейкой» современные ученные подразумевают источник питания бета-вольтаического типа, в основе которого лежит изотоп никель с индексом 63, относящийся к радиоактивным элементам.



На сегодняшний день российские специалисты из Росатома сделали еще один шаг на пути к изобретению этого уникального источника энергии, преобразовав в одном из Красноярских НИИ обогащенный никелем газ в форму, которая считается пригодной для получения всех необходимых для проведения дальнейших опытов исходных образцов. Теперь на очереди поставка всех необходимых комплектующих элементов, предназначенных для окончательной сборки первого в мире образца так называемой «ядерной батарейки». Основным принципом работы этого необычного энергетического устройства станет преобразование энергии, выделяемой в ходе бета-распада радиоактивного типа в электроэнергию посредством применения специального полупроводникового преобразователя.

Стоит отметить, что ученые возлагают на никель огромные надежды, считая, что этот элемент является оптимальной основой для миниатюрных устройств питания, обладающих максимальным сроком службы от 50 лет и выше и рекордной удельной мощностью до 100 микроватт на один сантиметр кубический. Такие характеристики позволят использовать источник питания бета-вольтаического типа в наиболее экстремальных условиях на нашей планете, а также в самых труднодоступных ее регионах. При этом никель-63 обладает максимальной безопасностью, благодаря мягкому типу собственного излучателя бета-группы, и способностью экранирования корпуса самого источника энергии.

Переместил в профильную ветку. "Как это было. Вспоминая катастрофу на ЧАЭС".

Исходный пост Добряка копирую:

Цитата: Dobryаk от 21.01.2019 21:15:31

Станислав Субботин: работать, работать и работать

Научно-техническая конференция "Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики (НЕЙТРОНИКА-2018)" прошла в Обнинске на базе АО "ГНЦ РФ - ФЭИ" (санаторий-профилакторий) с 28 по 30 ноября 2018 года.
На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru ответил участник конференции Станислав СУББОТИН.





На заднем плане
Станислав Анатольевич, мы записываем это интервью на конференции "Нейтроника-2018". На Ваш взгляд, какие задачи сегодня стоят перед направлением нейтронно-физических расчётов ядерных реакторов?
Я не в первый раз приезжаю на "Нейтронику". Более того, я принимал участие в самых первых конференциях, точнее, тогда ещё семинарах по нейтронно-физическим расчётам, которые организовывал ФЭИ.
Потом мне пришлось на довольно долгий срок отойти от нейтроники и заняться более общими вопросами, хотя она и оставалась их составной частью.
Несколько лет назад на одной из отраслевых МНТК была поднята тема о перспективах легководных реакторов. Я тоже выступал. Мой доклад был тринадцатым по счёту, и ни в одном из двенадцати предшествовавших докладов про нейтронную физику не было сказано ни слова.
Получилось так, что проблемы нейтроники на фоне проблем экономики или безопасности ушли на задний план. На самом деле, это неправильно. Когда мы говорим о перспективе, безопасности и других не менее важных вещах, мы всегда должны принимать во внимание нейтронику.
Почему же так вышло? Для ответа на этот вопрос вспомним, как начиналось развитие атомной энергетики. Для неё были взяты "донорные" решения из других технологий - например, стали, химия, таблица Вукаловича-Новикова... С помощью донорных технологий мы получили реактор ВВЭР.
А вот нейтронную физику для тех же ВВЭР нам пришлось разрабатывать самим, аналогов в других отраслях не было. Поэтому в нейтронику на ранних этапах вложились довольно серьёзно, а тех экспериментальных возможностей, которыми ядерная отрасль тогда располагала, хватило, чтобы довести нейтронику до способности рассчитывать критические состояния реакторов, эффекты реактивности и даже как-то обосновывать безопасность.
Говоря откровенно, не всё мы сделали сами. Кое-что удачно позаимствовали из-за рубежа, например, та же библиотека Омбрелларо от компании "Вестингауз".
"Вестингауз" для нейтроники легководных реакторов дал не только константы. В начале 80-ых годов он завёл нас на проблему спектрального регулирования. Они начали тогда использовать такие программы как MCNP, и у них получилось, что, варьируя водо-урановое отношение от единицы до двойки, можно существенно менять эффекты реактивности.
Сразу скажу, что у них в расчёты вкрались ошибки - может быть, константы плутония знали недостаточно хорошо, может быть, что-то ещё. Но в результате мы все лет на пять подсели на эту проблему, а в "Вестингаузе" о ней спокойно забыли, как это у них нередко бывало.
Вывод, к которому мы в конечном итоге пришли, такой. Сегодня мы можем достаточно хорошо считать нейтронную физику для ограниченных классов реакторов - тепловых реакторов и реакторов с быстрым спектром нейтронов.
Иными словами, мы хорошо считаем такие варианты реакторов, для которых есть экспериментальные данные, а общей серьёзной теории нейтронно-физических расчётов у нас до сих пор нет.
Да, есть уравнения диффузии или газовой кинетики, которые мы позаимствовали у наук-доноров. Повезло, что они нам подошли и что на эксперименты на ранних стадиях развития денег и других ресурсов не жалели. Но ведь эксперименты-то по большей части были холодные, без привлечения теплогидравлики.
Когда пускался БН-350, то всё, что было измерено - мощностные коэффициенты, температурные коэффициенты, и так далее - всё это после пуска пришлось пересчитывать.
В ФЭИ у нас был шутливый принцип: "Хороший расчётчик, зная результаты эксперимента, должен уметь подогнать под них свои расчёты за неделю". Принцип шутливый, но в нём только доля шутки.
Правда, про экспериментаторов говорили то же самое, только в зеркальном отражении - зная расчёты заранее, они должны уметь подогнать под них свой эксперимент.
Первоначально во главе процесса у нас стояли теоретики. И да, бывало, что они следовали принципу: "Если результаты эксперимента не соответствует теории, то тем хуже для эксперимента".
От Ньютона к Эйнштейну
Но вернёмся к истории. Итак, в какой-то момент времени заделов по нейтронной физике и нейтронным данным стало хватать для проектирования по легководным и быстрым реакторам.
С безопасностью сложнее. Я утверждал и утверждаю, что реальные аварийные процессы мы моделировать не можем ни расчётами, ни экспериментами.
В какой-то степени мы занимаемся ритуальной деятельностью и успокаиваем сами себя. В реальном аварийном процессе любая система будет вести себя как сложная, а сложная система отличается тем, что все траектории её поведения неповторимы.
Задача моделирования заключается в определении условий, которые позволяют нам избегать аварийных процессов за счёт использования наших моделей и теорий заведомо вдали от границ их достаточной достоверности (что предполагает использование не только методов "верификации", но и "фальсификации" теорий).
При численном моделировании аварийных процессов мы разделяем задачу на пространственную, временную и спектральную составляющие и при этом сильно упрощаем модель. По направлению аварийного моделирования, особенно для быстропротекающих процессов, нам ещё работать, работать и работать.
Но и с проектированием не всё так просто. Когда мы пошли на глубокие выгорания, то поняли, что очень плохо прогнозируем изменения изотопных концентраций.
В Курчатовском институте проводился семинар на тему точности расчётов эффектов реактивности в ВВЭР. И всё в обсуждении было хорошо, пока слово не взял присутствовавший экспериментатор. Он задал простой вопрос, поставивший всех в тупик: "С какой точностью вы знаете изотопные концентрации при выгорании?".
На реально работающем реакторе ВВЭР при больших глубинах выгорания мы попадаем в область неопределённости многих важных характеристик. Пока что эта проблема не актуализировалась. Но она есть, и она проявится при замыкании топливного цикла.
В замкнутом топливном цикле нам придётся фактически "цифровизировать" сопровождение жизненного цикла каждой ТВС, выдавать для неё паспорт с достаточно точным содержанием в ней различных радионуклидов. Написать-то паспорт мы можем, но как его проверить?
У нас были эксперименты, когда брались твэлы ВВЭР с известной историей, их растворяли и смотрели их нуклидный состав. Концентрации некоторых из продуктов деления предсказать расчётным образом пока не смог никто.
А почему не смогли? Недостаточно хорошо известны их сечения, или что-то иное?
До конца непонятны даже их предшественники. Мы можем более-менее хорошо определять выходы осколков при делении урана-235 или плутония-239. Но при глубоких выгораниях существенную роль начинает играть деление других, более тяжёлых изотопов.
Мы попадаем в ситуацию, когда часть нужных нам данных отсутствует, накапливается количество непонятностей, которые не стоит путать с неопределённостями. Как мы можем тогда поступить? Как и всегда, нам не остаётся ничего иного, кроме как работать на запасах до пределов, за которыми применимость наших теорий вызывает сомнения.
Проведу аналогию для лучшего понимания. Если мы описываем падение тела с десятого этажа, то нас вполне устроит ньютоновская механика. А вот если интересующее нас тело так или иначе разогналось до околосветовых скоростей, то придётся обратиться к теории Эйнштейна.
В нашем случае мы, выбирая по требованию экономики запасы, постепенно отходим от пределов применимости "ньютоновской механики". Но где же тот Эйнштейн, что напишет для нейтроники новые уравнения?
Ключевая роль
В замкнутом топливном цикле резко возрастает роль химиков. Они начинают задавать нам важные, с их точки зрения, вопросы - например, с какими нуклидами и в каких количествах мы столкнёмся при замыкании ЯТЦ всего лишь через несколько десятков лет, то есть на временном плече жизненного цикла разрабатываемой сейчас технологии по переработке облучённого топлива?
А что мы можем им ответить, если мы даже концентрации нуклидов в облучённой ТВС знаем неточно, не говоря уж о возможной логистике потоков нуклидов внутри многокомпонентной системы ЯЭ?
С конструкторами нейтронщики давно смогли найти общий язык. А вот с химиками им это ещё предстоит сделать. Но сделать придётся, если мы всерьёз хотим освоить замыкание топливного цикла.
Заказные эксперименты по глубоким выгораниям топлива становятся очень дороги, да и проводить их практически негде. Накопленные облучённые ТВС, если правильно сформулировать для химиков задачу, могут служить практически бесценным материалом для совершенствования нейтроно-физической теории в плане описания изменения нуклидных композиций в ядерных реакторах и в ядерном топливном цикле.
От дифференциальных уравнений нейтронике придётся в скором будущем перейти к интегро-дифференциальным. Другая сложность - придётся тщательно учитывать и экономить нейтроны.
Как мы раньше решали все свои нейтронно-физические проблемы? Утекла часть нейтронов - ну и ладно, поставим биологическую защиту. Спектр не тот - введём поглотитель или сталь сделаем потолще.
Но в замкнутой системе нейтроны нужно максимально возможно направлять на воспроизводство делящихся ядер. А также учитывать и другие современные требования - например, требования по выводу из эксплуатации. И по той, и по другой причине утечка нейтронов теперь нас должна интересовать не только в том смысле, какое граничное условие мы должны поставить.
Придётся улучшить наши знания о примесных ядрах. В самом первом проекте вывода первого блока Ленинградской атомной станции из эксплуатации всё было хорошо, кроме одного - он обошёлся бы в 2 тысячи человеко-зиверт. Это практически авария!
Чтобы больше не сталкиваться с такими проблемами, нужно хорошо знать концентрации примесей и уже на стадии проекта задаваться вопросом - какие дозы эти примеси могут обеспечить при выводе энергоблока из эксплуатации.
По той же Ленинградской станции... Да, конечно, исходный проект вывода отклонили, приняли другой. Но есть проблема - нужно понять, какие изотопы дают вклад в мощность дозы от бетона и других конструкционных материалов. Раньше нейтронщиков такие задачи не интересовали в принципе, а теперь ими придётся заниматься.
Бетоном всегда защитники больше интересовались...
Да, и считали, как правило, только ослабление потоков нейтронов и гамма квантов в бетоне. А концентрации изотопов в бетоне мало кого раньше интересовали.
Конструкционные материалы. Раньше в них нас интересовали поглощение нейтронов и с.н.а. Теперь нужно позаботиться о том, чтобы указать реальные составы конструкционных материалов на момент извлечения их из реактора. Между прочим, здесь тоже ещё непаханное поле.
Самое главное, что на что нужно обратить внимание - роль нейтроники вновь становится ключевой.
Точная информация о нуклидных составах в будущей многокомпонентной атомной энергетике с ЗЯТЦ необходима для выстраивания логики управления потоками нуклидов в системе, что необходимо для реализации базовых принципов и выполнения требований, сформулированных в рамках международных проектов ИНПРО и Gen-IV в качестве начальных условий перехода на траекторию устойчивого развития ЯЭ.
Нейтрон в атомной энергетике будущего станет своего рода эквивалентом денег, а системные процессы будут в чём-то схожи с финансовыми. Если не следить за системой в целом и интегральным нейтронным балансом, то неминуемо возникновение кризисов.
Впрочем, уже сегодня атомная энергетика в мире вошла в зону риска. Продолжается накапливание ОЯТ, ситуация с ресурсами урана непонятна. Если не заниматься системными расчётами с обязательным привлечением нейтроники, то вполне реально однажды столкнуться с опустевшими складами делящихся материалов и с КИУМами на уровне 0,1.
К сожалению, пока что нейтронщиков эти проблемы заботят мало. Во всяком случае, я не видел у них ни одной кандидатской, не говоря уж о докторской, в которых затрагивалась бы эта тема. Есть одно смягчающее обстоятельство - с такой темой сегодня непонятно, в какой диссертационный совет идти.
Для нейтронной физики открывается новое пространство, но освоение его идёт трудно. Не хватает людей, не хватает теории.
На самом деле, это радует. Это означает, что нейтроника вновь становится наукой, а не прикладным техническим направлением.
Осталось только доказать это. Сейчас же основной лозунг другой: "Настала эпоха инноваций, то есть превращения знаний в деньги. Знаний уже достаточно, так давайте делать из них деньги!". А я настаиваю на том, что знаний по-прежнему не хватает и они сами по себе, безотносительно к экономическим оценкам, являются самостоятельной ценностью.
Когда я рассматриваю систему атомной энергетики в целом, то у меня напрашивается следующая рекомендация. Как известно, у нас есть культура ядерной безопасности, благодаря которой легководные реакторы чувствуют себя лучше других за счёт своего большего мирового опыта. Нам нужно создавать и развивать у себя культуру безопасности развития системы ядерной энергетики.
Что это означает? Если кто-либо обнаруживает экспериментальным или расчётным путем какую-то непонятность или даже потенциальную неприятность, касающуюся того или иного элемента системы как в настоящее время, так и в будущем, то люди, занимающиеся этим элементом, должны её внимательно проанализировать и сделать выводы - например, сформулировать её как проблему и оценить необходимые ресурсы для её преодоления.
Просто отмахиваться от предупреждений нельзя, иначе непонятности, неприятности и угрозы будут накапливаться, и нам постоянно будут грозить кризисы.
Спасибо, Станислав Анатольевич, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Часть 1
Отсюда
Как и зачем работают открытые ловушки
Хочу поделиться с вами, если еще не читали, популяризаторскими постами Антона Судникова - физика-экспериментатора из ИЯФ, который занимается открытыми ловушками, одним из вновь многообещающих подходов к термоядерному синтезу. Enjoy!
==

Итак, мы хотим удерживать плазму температурой 100 миллионов градусов (10 кэВ) достаточно долго для того, чтобы термоядерное топливо успело прореагировать. Мы знаем, что плазма состоит из заряженных частиц, которые в магнитном поле движутся по спирали, навитой на силовую линию. Движение выглядит примерно так (направление магнитного поля показано стрелкой с буквой B, здесь ещё добавлено электрическое поле E):


Сила, действующая на заряженную частицу, перпендикулярна направлению магнитного поля и направлению движения частицы. Там, где поле усиливается, силовые линии сближаются, поэтому перпендикуляр к ним слегка наклонён в сторону более слабого поля. То есть, приближение к области сильного поля тормозит частицу. Торможение тем сильнее, чем выше компонента скорости, направленная поперёк магнитного поля.

Цитата: slavae от 27.01.2019 10:27:29Часть 1
Отсюда
Как и зачем работают открытые ловушки

Часть 2


Как и зачем работают открытые ловушки, часть 2
Продолжение, начало здесь.

Следующий метод — многопробочное удержание. В нём в цепочку выстраивается не три пробкотрона, а столько, сколько влезет в зал. Внутрь запускается плазма такой плотности, чтобы ион рассеивался на расстоянии, примерно равном расстоянию между соседними пробками. Частица, вылетающая из области удержания, может захватиться отдельным пробкотроном, поболтаться от пробки к пробке и снова рассеяться в произвольном направлении. Тем, кому приходилось учить мат.статистику, эта задача известна как задача о пьяном матросе: время, которое матросу частице потребуется на путь от начала ловушки до её конца, квадратично растёт с ростом длины. Делаем ловушку в десять раз длиннее, а удержание улучшается в сто раз.

На иллюстрации синей и зелёной линиями в пэйнте показаны траектории частиц [9].


Эксперименты показали, что дела обстоят даже лучше, чем в исходной идее. Любая возникающая в плазме волна рассеивает частицы. Только теперь это приводит не к увеличенным потерям, как в простых пробкотронах, стеллараторах или токамаках, а к улучшению удержания: длина свободного пробега частиц за счёт рассеяния автоматически подгоняется к расстоянию между пробками, и метод работает даже при таких плотностях, при которых он этого делать не должен.

Для иллюстрации первые гофрированные (многопробочные) ловушки ЩЕГОЛ и ГОЛ-1.

Сорри, не уверен что туда помещаю, может в "как оно тикает", но попробую здесь

Просьба участникам ответить на пару вопросов.

1. Пробовали создавать или были ли проекты реакторов на плутонии. Попалась информация что получается отличный компактный реактор, но не делают из за опасности с точки зрения нераспространения ядерного оружия. Так ли это и где можно почитать про такие проекты.

2. Что будет если с реактора атомной подводной лодки снять биологическую защиту по поверхности прочного корпуса, оставить переднюю стенку биологической защиты (как на реакторах для космоса) для защиты экипажа. Будет такая лодка фонить, оставлять сильный след в воде? Опять же попалось утверждение что следа почти не будет. Что скажут опытные специалисты?

Цитата: mr_ttt от 28.01.2019 23:04:17Сорри, не уверен что туда помещаю, может в "как оно тикает", но попробую здесь

Просьба участникам ответить на пару вопросов.

1. Пробовали создавать или были ли проекты реакторов на плутонии. Попалась информация что получается отличный компактный реактор, но не делают из за опасности с точки зрения нераспространения ядерного оружия. Так ли это и где можно почитать про такие проекты.

Фундаментальный принцип, лежащий в основе конструкции любого реактора - он подкритичен по мгновенным нейтронам и критичен по запаздывающим. А у плутония характерные времена по запаздывающим нейтронам гораздо меньше, чем у урана. Отсюда требования по регулирующей аппаратуре на порядок (десятичный) выше. Просто так никто на себя такой геморрой не взваливал, только в рамках работ по замкнутому циклу.

Блоки Фукусимы разнеслм взрывы гремучего газа, а водород в товарных количествах пришел из пароциркониевой реакции: при температурах за тыщу градусов цирконий становится активнее водорода, забирает кислород у воды, а водород отправляется в путешествие по залам блока, работает чтобы устроить бум-бум!

Так что творческая мысль сейчас  над т.н. толерантным топливом, в которой пароциркониевая реакция исключена или полным отказом от циркония, или же цирконий попробуют "замазать" чем-нибудь паростойким.  ТВЭЛ  в эту гонку вступил с заметным опозданием, нго цыплят по осени считают.




В Росатоме начались испытания толерантного топлива для российских и зарубежных легководных реакторов




Первые экспериментальные тепловыделяющие сборки (ТВС) российского производства на базе толерантного ядерного топлива загружены в водяные петли исследовательского реактора МИР в ГНЦ НИИАР (г. Димитровград, Ульяновская область) для проведения испытаний.





Проект выполняется в рамках проекта Топливной компании Росатома "ТВЭЛ" по созданию и выводу на рынок российского толерантного ядерного топлива, устойчивого к тяжёлым авариям.

Две экспериментальные ТВС, изготовленные на Новосибирском заводе химконцентратов (ПАО "НЗХК", входит в Топливную компанию Росатома "ТВЭЛ"), состоят из твэлов типоразмеров ВВЭР и PWR с четырьмя различными сочетаниями материалов оболочки и топливной матрицы.

Топливные таблетки изготовлены как из традиционного диоксида урана, так и уран-молибденового сплава с повышенной плотностью и теплопроводностью.

В качестве материалов оболочек твэлов использованы либо циркониевый сплав с хромовым покрытием, либо хром-никелевый сплав.
Каждая ТВС содержит по 24 твэла с различными сочетаниями материалов.

В реакторе МИР для топливных кассет будут создаваться условия, максимально приближённые к условиям эксплуатации и параметрам теплоносителей энергетических реакторов ВВЭР и PWR.

Конструкция исследовательского реактора позволяет одновременно проводить исследования в отдельных петлевых установках, что особенно важно с учётом синхронного испытания топлива для реакторов российского и зарубежного дизайна.

"Изготовлению экспериментального толерантного топлива предшествовала масштабная работа учёных и конструкторов топливного дивизиона Росатома. Проводились глубокие материаловедческие исследования, отрабатывались новые технологии нанесения покрытий и контактно-стыковой сварки, успешно прошли лабораторные испытания образцов".

"Выбор конкретных материалов обусловлен не только исследованиями, но и многолетним опытом российской атомной отрасли, поскольку некоторые из них успешно используются в конструкциях топлива для исследовательских реакторов, а также в активных зонах энергетических и транспортных реакторов", - отметил вице-президент по научно-технической деятельности АО "ТВЭЛ" Александр Угрюмов.

Первая фаза реакторных испытаний и послереакторных исследований толерантного топлива завершится в 2019 году.

На основании полученных данных предстоит определить оптимальное сочетание материалов оболочки, а также выполнить расчёты и обоснования нейтронно-физических характеристик активных зон водо-водяных реакторов.

Следующим важным этапом станет загрузка в энергетический реактор одной из российских АЭС опытных тепловыделяющих сборок с отдельными твэлами в толерантном исполнении".

Цитата: DMAN от 29.01.2019 10:20:55Цирконий используется в качестве материала для оболочек из-за
малого сечения захвата тепловых нейтронов. Теперь вот хром-никель.
Что изменилось? Почему этого раньше не делали? Или хром-никель
для реакторов на быстрых или промежуточных нейтронах?

Речь о топливе для ВВЭР. Поглощение в  оболочке вырастает в 20 раз, но перепуганные эксплуататоры не хотят сидеть под топором пароциркониевой реакции.

Цитата: Senya от 29.01.2019 06:57:15Фундаментальный принцип, лежащий в основе конструкции любого реактора - он подкритичен по мгновенным нейтронам и критичен по запаздывающим. А у плутония характерные времена по запаздывающим нейтронам гораздо меньше, чем у урана. Отсюда требования по регулирующей аппаратуре на порядок (десятичный) выше. Просто так никто на себя такой геморрой не взваливал, только в рамках работ по замкнутому циклу.

На самом деле всё не так плохо.

Я имею в виду МОХ-топливо. Если не полностью набирать активную зону из МОХ, а только 1/3 - 1/2 (остальное урановое топливо) для тепловых реакторов, то принципиально менять "систему управления" не нужно. 

В 60 - 80 гг, кто только не занимался МОХ-топливом  -  Россия, США, Англия, Франция, Германия, Япония, Италия, Бельгия, Индия (может забыл кого). Сейчас, практически, только Франция занимается производством МОХ для тепловых реакторов (ну индийцы ещё чего то бодяжат).

Чисто плутониевая зона (МОХ) использовалась в исследовательских быстрых реакторах, опять же в 60 - 80 гг. 
Сейчас из живых исследовательских БН осталось только Россия ИБР-2М (чистый диоксид с Pu-239 > 90%), БОР-60 (разные загрузки) и  Индия с FBTR (разные загрузки).

Опытно-промышленные реакторы на чистом МОХ то же много кто строил. Впереди всех были французы - Рапсодия - Феникс - СуперФеникс, но не срослось у них.

БН-600, в своё время, то же проектировался на чистый МОХ, однако, запустили его на уране. В дальнейшем, хотели перевести полностью на плутоний, для чего строили т.н. Цех 300 на "Маяке", однако нагрянула перестройка с дальнейшей перестрелкой и цех накрылся медным тазом.

В то же время, для отработки МОХ-технологии на "Маяке", построили опытно-промышленную установку "Пакет", где было изготовлено порядка 40 ТВС с МОХ-топливом, которые были облучены в БН-600, что дало материал для обоснования применения МОХ в БН-800.

МОХ-вибро отдельная тема, не будем её касаться, т.к. её дальнейшее применение не предполагается. 

Как известно, на ГХК построено промышленное производство МОХ, однако дела там двигаются не так быстро, как хотелось бы. Сейчас, вроде, изготовлено 5 сборок, для загрузки в БН-800.

Цитата: mr_ttt от 28.01.2019 23:04:17Сорри, не уверен что туда помещаю, может в "как оно тикает", но попробую здесь

Просьба участникам ответить на пару вопросов.

1. Пробовали создавать или были ли проекты реакторов на плутонии. Попалась информация что получается отличный компактный реактор, но не делают из за опасности с точки зрения нераспространения ядерного оружия. Так ли это и где можно почитать про такие проекты.

Размер реактора определяется не размером активной зоны, а системой охлаждения - защиты - генерации - вспомогательных систем.
Например, размер непосредственно активной части БН-600 1 х 2 м. 
В этом смысле уран или плутоний - по барабану.

Было большое количество исследовательских реакторов с ураном с обогащением порядка 90%. Но они были не очень маленькие, в основном, бассейнового типа. 

И таки да, уран у всех вывезли, предложив топливо с обогащением порядка 20%.
Хороший плутоний также изъяли, во избежании.

Цитата: mr_ttt от 28.01.2019 23:04:172. Что будет если с реактора атомной подводной лодки снять биологическую защиту по поверхности прочного корпуса, оставить переднюю стенку биологической защиты (как на реакторах для космоса) для защиты экипажа. Будет такая лодка фонить, оставлять сильный след в воде? Опять же попалось утверждение что следа почти не будет. Что скажут опытные специалисты?

Если снять "боковую" биозащиту, боюсь экипажу придётся плохо, даже если лодка не будет сильно фонить за счёт наведённой активности в воде. 

Цитата: ДядяВася от 29.01.2019 18:24:50

Скрытый текст

Размер реактора определяется не размером активной зоны, а системой охлаждения - генерации - вспомогательных систем.
Например, размер непосредственно активной части БН-600 1 х 2 м. 
В этом смысле уран или плутоний - по барабану.

Было большое количество исследовательских реакторов с ураном с обогащением порядка 90%. Но они были не очень маленькие, в основном, бассейнового типа. 

И таки да, уран у всех вывезли, предложив топливо с обогащением порядка 20%.
Хороший плутоний также изъяли, во избежании.

Если снять "боковую" биозащиту, боюсь экипажу придётся плохо, даже если лодка не будет сильно фонить за счёт наведённой активности в воде.

А чему там фонить за счет наведенной активности? Захваченный в воде нейтрон породит или стабильный дейтерий, или стабильный кислород 17. "Колоть" кислород вроде энергетически не выгодно. Та же вода прокачивается непосредственно через АЗ и крутит турбину. Понятно, в морской воде соли, но их мало, вода не прокачивается по циклу и всегда "новая" - лодка-то движется. 

Цитата: ILPetr от 30.01.2019 05:21:54А чему там фонить за счет наведенной активности? Захваченный в воде нейтрон породит или стабильный дейтерий, или стабильный кислород 17. "Колоть" кислород вроде энергетически не выгодно. Та же вода прокачивается непосредственно через АЗ и крутит турбину. Понятно, в морской воде соли, но их мало, вода не прокачивается по циклу и всегда "новая" - лодка-то движется.

Гады-нейтроны будут перегородку защиты огибать, диффундируя в морской воде. Это все давно просчитано.

Цитата: Dobryаk от 30.01.2019 06:02:13Гады-нейтроны будут перегородку защиты огибать, диффундируя в морской воде. Это все давно просчитано.

Наверное, уже тепловые? Нейтроны же должны затормозиться буквально на первых сантиметрах воды. Далее пробег тепловых десятки сантиметров. Вроде экран в метре-другом от переборки должен исключить "диффузию" нейтронов в жилые объемы. 

Цитата: ILPetr от 30.01.2019 11:34:04Наверное, уже тепловые? Нейтроны же должны затормозиться буквально на первых сантиметрах воды. Далее пробег тепловых десятки сантиметров. Вроде экран в метре-другом от переборки должен исключить "диффузию" нейтронов в жилые объемы.

Не остановился, а стал тепловым, с средней скоростью 2 км/с  — сравните со скоростью подлодки. В воде нейтроны практически не поглощаются, и время жизни этих гадов 15 минут.